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Antriebssystem Pneumohydraulik versus Elektromechanik

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Bei Kraft-/Weg-Prozessen stellt sich die Frage, ob pneumohydraulische Antriebszylinder oder elektromechanische Servoantriebe die bessere Wahl sind. Tox Pressotechnik stellt beide Antriebssysteme her und hat für uns verglichen.

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In den Tox-Roboterzangen zum Clinchen kann sowohl das Tox-Kraftpaket Typ RZK (li.) als auch der Tox-Electricdrive (re.) eingesetzt werden.
In den Tox-Roboterzangen zum Clinchen kann sowohl das Tox-Kraftpaket Typ RZK (li.) als auch der Tox-Electricdrive (re.) eingesetzt werden.
(Bild: Tox Pressotechnik)

Für einfache Positionieraufgaben sind Pneumatik- oder Elektrozylinder immer noch erste Wahl. Geht es jedoch um kombinierte Kraft-/Weg-Prozesse, spielen pneumohydraulische Antriebszylinder ihre Vorteile aus. Weil aber viele Arbeitsprozesse immer komplexer werden, und trotzdem hohe Präzision und Flexibilität gefragt sind, stellen elektromechanische Servoantriebe immer häufiger eine Alternative dar. Tox Pressotechnik stellt beide antriebstechnischen Systeme her und verbaut sie unter anderem in Roboterzangen. Das Unternehmen weiß also genau, wann welche Antriebsart zu bevorzugen ist.

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Das Wort Energieeffizienz ist derzeit und wohl noch auf lange Sicht in aller Munde. Spielte der Verbrauch an Energie zumindest in bestimmten Produktionssystemen bis dato eher eine untergeordnete Rolle, sieht das heute im Zeichen zunehmender Ressourcenknappheit sowie permanent steigender Energiekosten deutlich anders aus. Plötzlich stehen Hydraulik und Druckluft als „teure Energien“ im Schussfeld, obwohl es im Grunde genommen egal ist, ob ein System bzw. die entsprechende Antriebseinheit per Hydraulik, per Druckluft oder eben elektrisch betrieben wird. Somit ist ein allgemeiner Vergleich zwischen hydraulischen bzw. pneumo-hydraulischen und elektromechanischen Antrieben nur dann sinnvoll, wenn er sich auf eine konkrete Anwendung bezieht. Im Vordergrund muss die Eignung der gewählten Antriebstechnik stehen, weil nur dann eine ganzheitliche Betrachtung möglich ist, welche alle technischen und auch betrieblichen Faktoren berücksichtigt. Tox Pressotechnik ist seit vielen Jahren in der Antriebstechnik tätig und bietet dem Markt heute eine breite Auswahl an hydraulisch/pneumohydraulischen und elektromechanischen Antriebszylindern.

Kundenwunsch aus Automotive-Bereich

Bereits vor einigen Jahren, und damit lange vor der Diskussion um mehr Energieeffizienz, formulierten speziell die Kunden aus dem Bereich Automotive klare Forderungen in Richtung Prozessüberwachung, Prozessdokumentation, Kosten-Reduktion im Sondermaschinen- und im Anlagenbau und nicht zuletzt bezüglich Betriebs- und Wartungsaufwand. Daraufhin startete das Unternehmen die Entwicklung von elektromechanischen Antrieben, weil sich diese im Gegensatz zu den bekannten Hydraulik- und Pneumohydraulik-Antrieben besser steuern und regeln und somit die Endfunktionen lückenlos überwachen sowie dokumentieren lassen. Das ist zwar auch bei hydraulischen bzw. pneumohydraulischen Antrieben möglich, verlangt jedoch erheblichen Mehraufwand. Womit ein wichtiges Vergleichsmerkmal zu den auf den ersten Blick deutlich teureren elektrischen Antrieben zutage tritt. Nämlich, ob z. B. der Mehraufwand gerechtfertigt ist, um besagte technische Anforderungen zu erfüllen. Diese Überlegungen haben zunächst mit dem Thema Energieeffizienz wenig zu tun.

Vorteile der Pneumohydraulikzylinder

Rein druckluftbetriebene Antriebszylinder sind weltweit die meistgenutzten Arbeitsgeräte, welche potenzielle Energie (Druck) in Bewegungsenergie umformen. Ein entscheidender Vorteil dabei ist die Realisierung sehr hoher Kolbengeschwindigkeiten für dynamische Bewegungsabläufe. Ist jedoch ein großer Kraftbedarf gefordert, braucht es entsprechend große Druckluftzylinder, die wiederum einen hohen Druckluftverbrauch verursachen. Mit pneumohydraulischen Druckaggregaten wie dem Tox-Kraftpaket dagegen lassen sich per Druckluft sehr hohe Drücke bzw. Presskräfte von mehreren hundert bar erzeugen, ohne dass dafür entsprechend viel Druckluft aufgewendet werden muss. Der praktische Vorteil der Pneumo-Hydraulik besteht demnach darin, auf kleinerem/kleinstem Raum (Kolbenfläche) reproduzierbar hohe Kräfte zu erzielen. Voraussetzung dafür ist ein Mehrraumsystem, das die Medien Druckluft und Öl wirkungsvoll miteinander arbeiten lässt (Druck-/ Kraftübersetzung), und bei dem die getrennten Räume durch präzise Bauteile sowie spezielle Dichtungen einen hohen Wirkungsgrad gewährleisten. Solche pneumohydraulischen Antriebszylinder zeichnen sich zudem durch mögliche kurze Bewegungszyklen aus und sind mittels moderner Proportionalventiltechnik auch sehr feinfühlig zu steuern.

Elektromechanisches Antriebssystem

Die elektromechanischen Kraft-Antriebszylinder haben nicht viel mit herkömmlichen elektrisch betriebenen Antriebszylindern gemein, die ebenfalls vieltausendfach für reine Verstell- und Positionieraufgaben zur Verwendung kommen. Denn im direkten Vergleich mit Druckluft- und Pneumohydraulik-Antriebszylindern müssen sie, in Bezug auf die Kraft-/Presskrafterzeugung, etwa vergleichbare Leistungen erbringen, weshalb es hier zumeist um Kombinationen aus Elektromotor und z. B. Planetenrollengetriebe geht (z. B. Tox-Electricdrive EPMR). Elektromechanische Kraft-Antriebszylinder benötigen keine Druckluft und kein Öl (Hydraulik), sind hochflexibel einzusetzen sowie hochdynamisch zu betreiben. Sie helfen als betriebsbereite Komplettsysteme Konstruktions-, Mechanik- und Installationskosten in erheblichem Umfang einzusparen, und sind nahezu wartungsfrei. Anwendungstechnische Vorteile sind: eine zuvor bestimmte Kraft erzeugen und halten, die Aufbiegungskompensation z. B. eines C-Gestells oder einer Maschinen-/ Roboterzange, keine Begrenzung des Krafthubes, Zielpositionen mit Überwachung der Kraftgrenzen sowie die Zielkraft mit Überwachung der Positionsgrenzen. Schließlich können diese Einheiten frei programmiert und schnell umgerüstet werden, und es sind neue Anwendungen auch durch Software-Updates möglich. Dadurch ist eine hohe Zukunftssicherheit gegeben, was für das zunächst höhere Investment eine günstigere Amortisationsbetrachtung erlaubt.

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